Распределение жидкости между ядром и жидкой пленкой в газокапельных потоках при высоких приведенных давлениях

Аннотация

Цель работы заключается в создании приближенной физически обоснованной модели процессов уноса и осаждения капель в кольцевых двухфазных потоках при высоких приведенных давлениях. Экспериментальных данных при таких параметрах очень мало. Исключение составляют показатели Наказатоми и Секогучи (1996 г.), которые изучали распределение жидкости между ядром потока и жидкой пленкой в двухфазном потоке смеси вода–воздух при высоких давлениях (до 20 МПа). Их данные характеризуются аномально высокими значениями доли жидкости в ядре потока при давлениях выше 10 МПа и сильным отклонением от любых известных эмпирических корреляций, в том числе опубликованной в 2012 г. методики Чионколини–Томи. В предлагаемой модели срыва капель учтены опытные наблюдения, согласно которым при высоких приведенных давлениях пленка становится тонкой и гладкой. С ее поверхности отрываются мелкие капли в точках, расстояние между которыми определяется числом Вебера для потока пара. Диаметр оторвавшейся капли зависит от этого расстояния и толщины пленки. На основе предположений построено расчетное уравнение для интенсивности уноса с поверхности жидкой пленки. Правда, его непосредственная проверка на опытных данных затруднена, поскольку в опытах измеряется интегральный эффект — расход жидкости в пленке при динамическом равновесии уноса и осаждения. Динамическому равновесию соответствует баланс потоков уноса капель и их осаждения благодаря турбулентной диффузии. Полученное на основе этого баланса уравнение, содержащее один неизвестный числовой множитель, позволяет рассчитать расход жидкости в пленке. Сравнение результатов расчета с опытными данными для потока вода–воздух при высоких приведенных давлениях показало хорошее их согласие при введении дополнительного безразмерного параметра, отражающего отношение плотностей фаз, и универсальном значении числовой константы.